明らかに：これまでに観測された最古のブラックホール、その起源は宇宙の黎明期にまで遡る | ブラックホール

天文学者らは、宇宙の黎明前の130億年以上前に遡る、これまでに観測された最古のブラックホールを発見した。

ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) による観測により、ビッグバンから 4 億 4,000 万年後の銀河の中心にその存在が明らかになりました。 質量は太陽の約100万倍で、小さなブラックホールとしては驚くほど大きいため、どうしてこれほど急速に成長することができるのかという疑問が生じている。

観測を主導したケンブリッジ大学の天体物理学者ロベルト・マイオリーノ教授は「驚くのは、その質量が非常に大きいことだ」と語った。 「これは最も予想外のことでした。」

ノート、 プレプリントサイトArxivで公開されました、直接写真を撮らないでください。また、光がその手から逃れることができないため、目に見えません。 しかし、天文学者らは、宇宙の流れの周りを高速で回転するガスと塵の暈である降着円盤の明確な兆候を発見した。

天文学者らは、より古いブラックホールが、天の川のような銀河の中心にある巨大なブラックホールがどのようにして太陽の数十億倍の質量にまで成長するのかという謎を解くのに役立つ可能性があると信じている。 最近まで、それらは約 140 億年かけて単純に膨張し、合体や星やその他の天体を飲み込むことで着実に成長していると考えられていました。 しかし、この雪だるま式のシナリオでは、今日の超大質量ブラックホールの壮大な規模を完全に説明することはできません。

GN-z11と呼ばれるこの銀河の最新の観測は、この謎の起源をブラックホールの始まりにまで押し戻し、ブラックホールが大きく生まれたか、または早い段階で非常に急速に膨張したことを示唆している。

この研究には関与していないロンドン大学ユニバーシティ・カレッジの宇宙学者アンドリュー・ポンツェン教授は、「そもそもブラックホールがどこから来るのかを理解することは常に謎であったが、現在その謎はさらに深まっているようだ」と述べた。 「これらの結果は、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の力を利用して時間を遡って観察したもので、一部のブラックホールが若い宇宙で、私たちの予想よりもはるかに速い速度で成長したことを示唆しています。」

ヘビーシードシナリオとして知られる1つの説明は、初期世代のブラックホールは、寿命の終わりに自らの重力で崩壊した燃える星からではなく、巨大なガス雲の直接崩壊から生まれたというものである。 もう1つの可能性は、初期の宇宙で星とブラックホールのコンパクトなクラスターが非常に急速に融合したということです。

3番目の、より推測的な仮説は、宇宙インフレーション（ビッグバンの数秒後に起こった宇宙の超光速膨張の期間）の間に存在した、いわゆる原始ブラックホールの存在である。

これは、銀河が最初に来て、次にブラックホールがその中で成長し始めるというゲームの想定された順序をひっくり返すことになります。 原始ブラックホールは事実上、最初から宇宙の構造に織り込まれます。

「もしこれが本当なら、私たちの宇宙の始まりのミリ秒に重大な影響を与えることになるでしょう」とポンツェン氏は語った。 「いずれにせよ、ブラックホールと銀河がどのようにして結合するかについての物語は興味深いものであり、私たちはそれをつなぎ合わせ始めたばかりです。」

これらの結果は、NASA の宇宙観測所が打ち上げからわずか 2 年後に行った一連の驚くべき発見の最新のものです。 ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、遠くの物体を見るために使用されるスペクトルの一部である赤外光の検出において、ハッブルなどの以前の望遠鏡よりも約 100 倍感度が高くなります。 「これは基本的にガリレオ望遠鏡を現代の望遠鏡にアップグレードするのと同じです。400年にわたる発見がJWSTの運用期間に圧縮される可能性があります」とマイオリーノ氏は語った。

同氏は、望遠鏡が打ち上げられる前は、それが「私たちが知っていることの退屈な延長」について新しい窓を開く可能性があったと述べた。 「それは我々が見ていることではない」とマイオリーノ氏は語った。 「宇宙はとても寛大です。実際、私たちは予想していなかったものを発見しました。」

ブラックホールとは何ですか?

ブラックホールは、宇宙で最も奇妙で最も危険な天体の一つです。 彼らは非常に強い重力を持っているため、物質も光も彼らの支配から逃れることはできません。 ブラック ホールの境界は、事象の地平線、つまり帰還不能点を通して追跡されます。 この境界線を越えてさまよったものはすべて永久に失われます。

それらは本質的に目に見えないため、研究するのは困難ですが、物理法則を適用すると、いくつかの興味深い洞察が得られます。 ブラックホールに近づくと、重力勾配が極端になり、スパゲッティとして知られる過程で物体が膨張する可能性があります。 事象の地平線では、重力が非常に強いため、光はブラックホールの周囲で完全なリング状に曲がります。つまり、そこに立っていれば後頭部が見えることになります。

事象の地平線の向こうに何があるのか​​は不明です。 アインシュタインの一般相対性理論は、ブラック ホールの中心の密度が無限になり、重力特異点につながることを示唆しています。 この時空の裂け目は「どこで」「いつ」起こるかはなく、従来の物理法則の範囲外となります。 しかし、そのような特異点が実際に存在するかどうかは不明です。

ブラックホールにはさまざまなサイズがあります。 恒星ブラックホールは、大質量星の残骸から形成され、太陽の最大 20 倍も重くなることがあります。 天の川銀河の中心にある射手座 A* などの超大質量ブラックホールは、数百万個または数十億個の太陽に匹敵する質量を持つ可能性があり、銀河の進化において重要な役割を果たします。

天文学者は過去10年間でブラックホールの観察において大きな進歩を遂げ、2019年にはイベント・ホライゾン望遠鏡によって初めて人のコロナの画像が撮影され、時空をさざ波のように送られる重力波を検出することで壊滅的なブラックホールの合体が観察された。 。 最近の観察と、ジェームズ・ウェッブによるさらに遠い目標によって、これらの謎の物体の起源が解明され始めるだろう。